This research work aims to develop an optimal design using Finite Element (FE) and Genetic Algorithm (GA) methods to replace the traditional concrete and timber material by a Synthetic Polyurethane fibre glass composite material in railway sleepers. The conventional timber railway sleeper technology is associated with several technical problems related to its durability and ability to resist cutting and abrading action of the bearing plate. The use of pre-stress concrete sleeper in railway industry has many disadvantages related to the concrete material behaviour to resist dynamic stress that may lead to a significant mechanical damage with feasible fissures and cracks. Scientific researchers have recently developed a new composite material such as Glass Fibre Reinforced Polyurethane (GFRP) foam to replace the conventional one. The mechanical properties of these materials are reliable enough to help solving structural problems such as durability, light weight, long life span (50-60 years), less water absorption, provide electric insulation, excellent resistance of fatigue and ability to recycle. This paper suggests appropriate sleeper design to reduce the volume of the material. The design optimization shows that the sleeper length is more sensitive to the loading type than the other parameters.
In this study, two geometrically identical multi-storey steel buildings with different lateral load resisting systems are structurally analyzed under same earthquake conditions and they are compared with respect to their construction costs of their structural systems. One of the systems is a steel structure with eccentrically steel braced frames. The other one is a RC wall-steel frame system, that is a steel framed structure in combination with a reinforced concrete core and shear walls of minimum thickness that the national code allows. As earthquake resisting systems, steel braced frames and reinforced concrete shear walls, for both cases are located on identical places in either building. Floors of both buildings will be of reinforced concrete slabs of same thickness resting on composite beams. The façades are assumed to be covered identically with light-weight aluminum cladding with insulation. Purpose of use for both buildings is an office building of eight stories. When two systems are structurally analyzed by FEM (finite element method) and dimensionally compared, the dual one comes up with almost 34% less cost of construction with respect to their structural systems. This in turn means that, by using a dual system in earthquake zones such as Turkey, for multi-storey steel buildings with RC floors, more economical solutions can be achieved. In addition, slender steel columns and beams will add to that and consequently more space in rooms is achieved.
Jayaprakash, J.;Samad, Abdul Aziz Abdul;Abbasovich, Ashrabov Anvar;Ali, Abang Abdullah Abang
Structural Engineering and Mechanics
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v.26
no.4
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pp.427-439
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2007
The exploitation of fibre reinforced polymer composites, as external reinforcement is an evergreen and well-known technique for improving the structural performance of reinforced concrete structures. The demand to use FRP composites in the civil engineering industry is mainly due to its high strength, light weight, and stiffness. This paper exemplifies the shear strength of partially precracked reinforced concrete rectangular beams repaired with externally bonded Bi-Directional Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) Fabrics strips. All specimens were cast in the laboratory environment without any internal shear reinforcement. The test parameters were longitudinal tensile reinforcement, shear span to effective depth ratio, spacing of CFRP strips, and orientation of CFRP reinforcement. It mainly focuses on the shear capacity and modes of failure of the CFRP strengthened shear beams. Results have shown that the CFRP repaired beams attained a shear enhancement of 32% and 107.64% greater than the control beams. This study underscores that the CFRP strip technique significantly enhanced the shear capacity of precracked reinforced concrete rectangular beams without any internal shear reinforcement.
Choi, Byong Jeong;Moon, Hyo Jin;Han, Hong Soo;Han, Kweon Gyu
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.1
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pp.15-26
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2009
Push-out tests were performed to evaluate the shear capacity of a composite steel truss deck slab system, called an automatic prefabrication bar-mesh system, using lightweight concrete. The six specimens were classified into three groups: DP, NDP, and Solid, according to the variations between the bar mesh and the zinc plate automatic prefabrications. This paper focused on the failure behaviors, load-displacement characteristics, and a performance comparison based on design codes.
Kim WooJae;Choi jong moon;Back Sang Tea;Jung SangJin
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.11a
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pp.781-784
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2004
Method of Steel plate reinforced by fiber sheet is advantageous in the secure loading facility. For this method are a light weight and a high strength, the thickness of steel can be reduced Effects of composite system are depreciated when the thickness of steel is thin. This is the result of the difference of ductility ratio with steel plate. Steel plate reinforced by fiber sheets confirms the ability of transformation. This is the result of the property of steel materials Steel plate reinforced by fiber sheet didn't display an enough performance when theadhesives are epoxy rosin. This is the result of the slide of the surface of stee1. The adhesive ability is varied by the number and span of anchor bolts. There wasn't happening the separation between steel and epoxy. Thus the method used in combination with anchor and epoxy is best excellent. This is the result of the upward of accumulation effects Shearing force is in proportion to the number of bolts. But the ability of shearing force per one bolt is reducing. Thickness of steel plate reinforced by fiber sheet must be designed so that steel is endure before concrete is wreck.
Mohammad Rezaeian Pakizeh;Hossein Parastesh;Iman Hajirasouliha;Farhang Farahbod
Steel and Composite Structures
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v.46
no.4
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pp.497-512
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2023
Using light weight concrete as infill material in conventional cold-formed steel (CFS) shear wall systems can considerably increase their load bearing capacity, ductility, integrity and fire resistance. The compressive strength of the filler concrete is a key factor affecting the structural behaviour of the composite wall systems, and therefore, achieving maximum compressive strength in lightweight concrete while maintaining its lightweight properties is of significant importance. In this study a new type of optimum polystyrene lightweight concrete (OPLC) with high compressive strength is developed for infill material in composite CFS shear wall systems. To study the seismic behaviour of the OPLC-filled CFS shear wall systems, two full scale wall specimens are tested under cyclic loading condition. The effects of OPLC on load-bearing capacity, failure mode, ductility, energy dissipation capacity, and stiffness degradation of the walls are investigated. It is shown that the use of OPLC as infill in CFS shear walls can considerably improve their seismic performance by: (i) preventing the premature buckling of the stud members, and (ii) changing the dominant failure mode from brittle to ductile thanks to the bond-slip behaviour between OPLC and CFS studs. It is also shown that the design equations proposed by EC8 and ACI 318-14 standards overestimate the shear force capacity of OPLC-filled CFS shear wall systems by up to 80%. This shows it is necessary to propose methods with higher efficiency to predict the capacity of these systems for practical applications.
Demand for wood in construction is increasing worldwide. In Korea, technical reviews of high-rise Cross Laminated Timber (CLT) buildings are under way. In this paper, Floor Impact Sound Insulation Performance (FISIP) and Transmission Loss (TL) of 150 mm thick CLT floor panels made of two domestic species, Larix kaempferi and Pinus densiflora, are investigated. The CLT slabs were tested in reverberation chambers connected vertically. When comparing Single Number Quantity (SNQ) of FISIP of the bare panels, the Larix CLT is 3 dB lower in heavy-weight and 1 dB in light-weight than the Pinus CLT. However, there was no difference when concrete toppings were added to improve the performance. As the concrete toppings became thicker, the heavy-weight was reduced by 9 dB ~ 20 dB, and the light-weight by 20 dB ~ 30 dB. And the analysis of these results with area density has confirmed that the area densities are highly correlated (R2 = 0.94 ~ 0.99) to the FISIP of the CLT. The types of CLT didn't affect the TL. Comparison of theoretical TL values with measured TL values has shown that the frequency characteristics are similar but 8 dB ~ 12 dB lower in measured values. The relationship between the TL and frequency characteristics of the tested CLT slabs was derived by using the correction value.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2020.06a
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pp.148-149
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2020
Currently, the most commonly used EPS insulation material has been mainly used because its ease of adhesion with concrete. However, due to poor adhesion with wallpaper, separate adhesion needs to be strengthened and there are cases of breakage or grooves in the process of dismantling the mold. The biggest problem is that when a fire breaks out, various harmful substances are present and highly flammable. Cork used in this study is a truly eco-friendly building material that is taken from between the outer and inner bark of cork trees and does not damage the wood. Also, it is a porous material that is made up of countless cells and contains an air gap between the cells. It is very light in weight between 0.06 and 0.07 and has excellent insulation with a heat conductivity of 0.04W/mK. In addition, it has high stability in the topic of conversation because it does not produce harmful gas when burned and has self-sustaining properties. However, research on cork, an eco-friendly building material with excellent performance to date, is scarce Therefore, we encourage existing scholars to raise interest in new eco-friendly building materials through this study. It also aims to manufacture insulation boards with new inorganic properties using the low weight and heat conductivity held by the cork.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.6
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pp.787-792
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2022
In winter, the excessive use of deicing salt deteriorates concrete pavement durability. To reduce the amount of deicing salt used, phase-change materials (PCMs) potentially offer an alternative way to melt snow through their latent heat storage characteristics. In this research, thermal energy storage concrete was developed by using PCM-impregnated expanded clay as 50 % replacement to normal aggregate by volume. In addition, to improve the thermal efficiency of PCM lightweight aggregate (PCM-LWA)-incorporated concrete, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were incorporated in proportions of 0.10 %, 0.15 %, and 0.20 % by binder weight. Compressive strength testing and programmed thermal cycling were performed to evaluate the mechanical and thermal responses of the PCM-LWA concrete. Results showed a significant strength reduction of 54 % due to the PCM-LWA; however, the thermal performance of the PCM-LWA concrete was greatly improved with the addition of MWCNTs. Thermal test results showed that 0.10 % MWCNT-incorporated concrete had high thermal fatigue resistance as well as uniform heat flow, whereas specimens with 0.15 % and 0.20 % MWCNT content had a reduced thermal response due to supercooling when the ambient temperature was varied between -5℃ and 10℃.
Kim, Jin-Man;Jung, Mi-Roo;Lee, Jae-Hong;Yoon, Kwang-Sup
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.2
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pp.117-126
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2010
Experiment on flexural analysis of RC beams strengthened with composite material panel is presented. Recently, the strengthening of reinforced concrete structures using advanced fiber reinforced plastic (FRP) composites, and in particular the behavior of FRP-reinforced concrete structure is topic that has become very popular because of good corrosion resistance and easy for site handling due to their light weight. In this study, an efficient computational analysis using ABAQUS to predict the ultimate moment capacity of reinforced concrete beams strengthened with FRP is presented. Test parameters in this study are the shape of fiber arrangement (LT, DB, DBT) and the number of carbon fiber sheets (2ply, 3ply). When comparing with results of the analytical model, results of the experiments show similar values. Furthermore, reinforced concrete beam with FRP obtains improved effects for ultimate strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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